ADALM1000是一个测量系统:
开源的,然后让我来学习一下顶级大厂的设计
就是这样
我们把主动可以放出电源的系统称源,这个1000,可以通过电脑USB接口输出0 至 5 伏 ( V )、-200 至 200 毫安 ( mA ) 的电压和电流操作,精度和准确度优于 100µV、100µA 和 10µS。
主要就是给USB模块擦屁股,我们看看怎么擦的?
讨论了 USB 2.0 设备连接时面临的电源质量和稳定性问题,特别是对于高精度模拟工具(如 M1K 设备)的使用所带来的挑战。它提出了以下几个关键问题及其解决方案:USB2.0电源标准:USB 2.0 规范要求连接的设备从 USB 提供的电压源消耗的电流不超过 500mA,电压范围在 4.40V 到 5.25V 之间。这种电压范围非常宽泛,尤其是在高精度测量工具中,这对于设备来说显然不可接受。
精密工具对电压的稳定性和噪声敏感,因此在如此大的电压波动范围内,无法保证其正常工作。USB 电源质量不稳定:USB 端口提供的电源质量可能存在很大的差异。不同计算机和设备的 USB 端口可能会引入电气噪声或缺乏足够的电气保护,影响设备的正常运行。噪声耦合:如果连接到 USB 总线的设备质量不合格,它们可能会向电压源引入数十毫伏到数百毫伏的噪声,这会导致精密仪器无法进行准确的测量,因为测量结果可能会被噪声干扰。过流问题:许多计算机无法处理 USB 总线上的过流情况,一旦发生过流,它们可能会立即关闭电源,甚至可能永久禁用 USB 端口,这将导致设备无法正常工作。不良计算机影响:如果使用的计算机(特别是较老的计算机)不具备良好的电源管理或过流保护,那么 M1K 等精密仪器的测量精度可能会降低,甚至 导致计算机硬件损坏或数据丢失。为了解决这些问题,设计者采用了一个复杂的电源供应链来确保模拟前端的稳定运行。这个供应链的目标是:提供一个稳定的电压范围,确保输出可以在 0V 到 5V 之间完整变化。设备能在电压不稳定、存在短路或过压等情况下,确保 主机PC不会遭遇风险。为了减少 USB 电源中的噪声干扰,设计中采用了多个电源管理模块(如 热插拔控制器、 稳压器 和 噪声滤波器 等),确保系统提供的电源稳定且噪声极低,即便 USB 总线提供的电源质量较差。https://wiki.analog.com/university/tools/m1k/hw
设计在这里,我就不管球他了,英语的,我写中文的。
第一级直接一个LDO就水灵灵的安排上了
ADP7118 是一个低噪声、低压差的线性稳压器,负责将 5V 输入电源稳压为 3.3V,为微控制器提供稳定的电源。微控制器始终处于开启状态,控制着电源请求和过流保护。由于其低噪声特性,ADP7118 能够为系统中的高精度模拟部分提供平稳、干净的电源。ADM1177 (通信采用I2C 接口进行)主要用于控制模拟前端的电源启用,并提供 过流保护 和 短路保护。可是用上了
小样,换了名字
TWD,TWCK
监控 0.1欧姆电流检测分流电阻上的电压降,来判断电流大小。控制 N-FET 功率晶体管的栅极电压,以实现电源的软启动和逐步启用。当分流电阻两端的电压降超过 100mV(相当于 1A)并持续超过 270µs 时,ADM1177 会禁用电源,保护电路不受过流损害。就检测到大电流快速使用MOS管切断电源供应。这里的版本是B,DCDC口,这是第三级给了个DCDC,LDO给DCDC奶一口,倒反天罡。
ADP1614 是一个 升压转换器,用于将 USB提供的5V电压升高至6.5V电压轨。使用电感存储能量,通过高频开关转换(1.3 MHz)将电压升高。升压过程本身可能产生一些噪声,但通过 PI 滤波器和大型输出电容器 的组合来降低噪声。生成的6.5V 电压为后续电源管理提供了电压余量,保证了系统能够在负载增加时保持稳定。又使用了这个,这个做反向电源,是一个降压的DCDC
ADP2442 是一个 降压-升压转换器,用于生成负电压轨 (-1V),为一些负电压需求的模拟组件供电。电源通过电感存储能量,并将电压转换为负电压(-1V)。这种负电压是一些模拟电路(放大器)所需的。通过 PI 滤波器来衰减高频噪声,确保负电压轨稳定且低噪声。前端的器件就是这样的,进行了看具体的解读喽~
USB 电源(5V) 是系统的初始电源,首先用于为微控制器提供 3.3V 电压,这通过 ADP7118 线性稳压器实现。微控制器始终开启,并负责从主机请求最大 500mA 电流。原来是MCU先上电,然后提交USB的协议符号给主机,然后要电压
哼,ADI和MicroChip老是勾勾搭搭的
USB挺猛的,IIC两个,SPI一个,ADC一坨
6个端点,是全速的
设备枚举后,通过 ADM1177 热插拔控制器启用模拟前端电源。这一过程确保电源的逐步启用,同时实现过流保护和短路保护,避免因电源不稳定或过流导致主机计算机损坏。在设备首次连接到USB端口时,可能会因为电容器的充电导致浪涌电流。设计采用了热插拔控制器(ADM1177) 来控制这种电流,确保设备不会立即吸收过多的电流,从而避免引起主机USB端口故障。电源和模拟前端之间的大型储能电容器会产生短时间内大于上游电源能力的电流需求,因此需要有合适的控制和保护机制来避免系统出现故障。用于生成 6.5V 电源轨。这是通过电感器和电流突变产生的,开关频率固定为 1.3 MHz。虽然这种电源较为“嘈杂”,但通过 PI 滤波器和大型电容器 的组合,可以有效衰减高频噪声,确保输出噪声最小化。DCDC的噪音永远的痛。还有,输出这里还有一个二极管,L4这个是PI滤波器
将 6.5V 电源进一步调节为 6V 电源,这样即使在电源输出时出现轻微的电压下降,模拟前端依然可以稳定工作。通过 ADM7171 稳压器的调整,能够有效降低输出噪声,提供干净、稳定的电压。对上了
提供负电压轨(-1V)。这是通过反相降压升压配置生成的,能够确保设备在需要负电压时能顺利工作。其电流存储在电感器中,电流的突变产生负于接地的电压。这个负电源其实从那个保护器上面出来的
是4V5这个转换的
为整个模拟前端系统提供了一个非常精确、稳定的基准电压(2.5V),保证了高精度的模拟信号处理。这些精密电源确保了设备的准确性和稳定性,特别是在高精度测量和信号转换中至关重要。\
阿里狗的原理图真丑
由于USB电源存在较大的电气噪声,采取了多种措施来抑制噪声:- PI 滤波器:用于衰减来自开关稳压器和电感器中的高频噪声,保持电源输出的平滑。
- 电容器:帮助进一步平滑电流输出,减少瞬时电流波动的影响。